Измеритель уровня синусоидального сигнала в присутствии шума

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в контрольно-измерительной аппаратуре систем передачи информации электрои радиосвязи. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия измерителя. Для этого в устройство, содержащее последовательно соединенные широкополосный усилитель 1, блок 2 частотного преобразования и усилитель 3 промежуточной частоты, а также блок 5 управления и вычисления блок 6 индикации, введены последовательно соединенные определитель 7 текущего начала сигнала и формирователь 8 парных отсчетов (ФПО), а вместо детектора применен аналого-цифровой преобразователь 4, который в моменты времени, определяемые ФПО 8, проводит измерение сигнала, а блок 5 управления и вычисления согласно приведенной в описании формуле вычисляет амплитуду сигнала. 2 з.п., 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

51)5 С 01 R 19/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4299332/24-21 (22) 10.06.87 (46) 23.05.90. Бнл. ¹ 19 (72) О.Р.Рыкин (53) 621.317.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1004898 кл. G 01 R 19/04, 1981.

Авторское свидетельство СССР

¹- 1133561, кл. G 01 R 19/04, 1982.

Selective Level Meter SPM-16. Precision Electronic Measurement Equipment. Nandel and Goltermann. Edition

83. 632 р. (54) ИЗИЕРИТЕЛЬ УРОВНЯ СИНУСОИДАЛЬНОГО СИГНАЛА В ПРИСУТСТВИИ ШУМА (5?) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использoBано в контрольно-измерительной аппаратуре систем передачи инфор„„Я0„„1566296 А 1

2 мации электро- и радиосвязи. Цель изобретения — повышение точности и быстродействия измерителя. Для этого в устройство, содержащее последовательно соединенные широкополосный усилитель 1, блок 2 частотного преобразования и усилитель 3 промежуточной частоты, а также блок 5 управления и вычисления и блок 6 индикации, введены последовательно соединенные определитель 7 текущего начала сигнала и формирователь 8 парных отсчетов (ФПО), а вместо детектора применен аналогоцифровой преобразователь 4, который в моменты времени, определяемые ФПО 8, проводит измерение сигнала, а блок 5 управления и вычисления согласно при- @ веденной в описании формуле вычисляет у амплитуду сигнала. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

С:

1566296

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в контрольно-измерительной аппаратуре систем передачи информации электро- и радиосвязи.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия измерителя за счет устранения детектора и применения АЦП переменного тока.

На фиг.1 приведена схема устройства; на фиг.2 — схема определителя текущего начала сигнала; на фиг.3— схема формирователя парных отсчетов.

Устройство содержит последовательно соединенные широкополосный усилитель 1 (ШУ), блок 2 частотного преобразования (БЧП), усилитель 3 промежуточной частоты (УПЧ), аналого-цифровой преобразователь 4 (АЦП), блок

5 управления и вычисления (БУВ) и блок 6 индикации (БИ), последовательно соединенные определитель 7 текущего начала сигнала (ОТНС) и формирователь 8 парных отсчетов (ФПО),при-.g5 чем вход устройства соединен с входом ШУ 1, выход УПЧ 3 соединен с входом ОТНС 7, выход ФПО 8 соединен с управляющим входом АЦП 4, управляющие входы ШУ 1 БЧП 2, УПЧ 3, ОТНС 7, ФПО 8 и БИ 6 соединены с соответствующими шестью управляющими выходами

БУВ 5.

ОТНС 7 (фиг,2) содержит последовательно соединенные усилитель-ограничитель 9, дифференциатор 10, вентиль- 35 ный элемент 11 и формирователь 12 импульсов, а также триггер 13, причем вход ОТНС 7 соединен с входом усилителя-ограничителя 9, выход — с выхо40 дом формирователя 12 импульсов, а уп. равляющий вход через триггер 13 с управляющим входом вентильного элемента 11.

ФПО 8 (фиг.3) содержит последовательно соединенные генератор 14 тактовых импульсов, вентильный элемент 15, счетчик 16, мультиплексор 17, формирователь 18 импульсов и элемент ИЛИ 19, а ь акже триггер 20, регистр 21 управления и элемент 22 задержки, причем вход ФПО 8 соединен через триггер 20 с управляющим входом вентильного элемента и через элемент 22 задержки— с вторым входом элемента ИЛИ 19, выход которого соединен с выходом ФПО

8, управляющий вход которого соединен с входами установки в исходное состояние триггера 20 и счетчика 16, а через регистр 21 управления — с управляющим входом мультиплексора 17.

Широкополосный усилитель ШУ 1 предназначен для предварительного усиления измеряемого сигнала, имеет коэффициент передачи К „ ° Блок частотного преобразования БЧП 2 предназначен для частотного преобразования измеряемого сигнала, такого, что сигнал íà его выходе имеет постоянную промежуточную частоту ы„„, стабильность которой определяется встроенным в БЧП 2 гетеродином, i коэффициент передачи

БЧП 2 постоянен и равен К .,УсиБ чп литель промежуточной частоты УПЧ 3 предназначен для усиления сигнала промежуточной частоты, он имеет коэффициент передачи К „„„. АЦП 4 предназначен для преобразования сигнала промежуточной частоты в цифровую форму в моменты времени t< и t, определяемые блоком ФПО 8. БУВ 5 предназначен для определения амплитуды и уровня р измеряемого сигнала по отсчетам y„ и у, произведенным АЦП

4 в моменты времени t u t отсчи1 2 тываемые от текущего начала сигнала to. Кроме того, через управляющие выводы БУВ 5 управляет установкой коэффициентов передачи блоков 1

3; разрешением определять ОТНС 7 текущее начало сигнала t, установкой момента t2,в ФПО 8; обновлением индикации в БИ 6.

Устройство работает следующим образом.

Синусоидальный сигнал .азхпьС в смеси с шумом поступает на вход ШУ 1.

После усиления, преобразования частоты, полосовой фильтрации и дополнительного усиления на выходе УПЧ 3 получается сигнал А sinn„„t на промежуточной частоте ы„„, причем myM— значительно ослабляется (для простоты положим величину напряжения шума равной нулю), а амплитуда А равна

А — К „К 6ц„. К „„ а, (1) т.е. равна амплитуде измеряемого сигнала, умноженной на коэффициенты передачи блоков 1 — 3 Кш, Кб К упч и бм

АЦП 4 производит отсчеты У„и у2 в два момента времени t и С, причем

А з п « t „=У,, А siI1 ы„ц 2=у (2) с2! =шэ у + у ° (3)

Моменты времени выбираются, исходя из необходимости обеспечения тре66296

5 15 буемого отношения сигнал/шум, и отсчитываются от текущего начала сигнала, которое определяется блоком

0TkIC 7 и удовлетворяет следующему условию:

А sinu)n to О. (4) 5

У.

1 В (5

Зу -у

2у а— у Бчп

) 20, в регистре 21 управления, т.е (m-1) t„ упч (6) Блок ОТНС 7 определяет текущее начало сигнала t следующим образом.

Усилитель-ограничитель 9 превращает синусоидальный входной сигнал в прямоугольную волну, положительные фронты (от минуса к плюсу) которой соответствуют текущим началам сигнала Дифференциатор 10 выделяет импульсы, соответствующие фронтам прямоугольной волны. Положительные импульсы проходят через вентильный элемент 11 (отрицательные — задерживаются) и после формирования формирователем 12 импульсов образуют последовательность калиброванных по амплитуде и длительности импульсов, каждый из которых соответствует очередному текущему началу сигнала. Вентильный элемент 11 пропускает, когда триггер 13 находится в единичном состоянии в соответствии с командой, поступившей от

БУВ 5, которая может перевести триггер 13 в нулевое состояние, когда с

его выхода поступает смещение, закрывающее вентильный элемент 11 для импульсов с выхода дифференциатора 10.

Блок ФПО 8 формирует парные отсчеты АЦП 4 в следующем порядке. В исходном состоянии в регистр 21 управления от БУВ 5 записано слово, определяющее промежуток времени dt между отсчетами t„ и t °

at = (ш-1) е» (7) а триггер 20 находится в закрытом состоянии так, что вентильный элемент

В момент t блок ОТНС 7 выдает сигнал, воздействующий на ФПО 8, который в моменты t „ и t управляет взя тием отсчетов АЦП 4. БУВ 5 по отсчетам у„ и у, решая систему уравнений (2) с учетом (1) и (3), определяет амплитуду а синусоидального сигнала и уровень р . При ш=З амплитуда и уровень определяются следующими выражениями: а р = 20 8 — — —, дБ

0,775

15 ФПО 8 не пропускает тактовые импульсы генератора 14 тактовых импульсов. Импульс текущего начала сигнала от ОТНС 7 переводит триггер 20 в разрешающее состояние и одновременно через элемент 22 задержки и второй вход элемента ИЛИ 19, воздействуя на АЦП 4, управляет взятием первого отсчета у

1 в момент t, так как элемент 22 задержки вносит в распространение импульса с выхода ОТИС 7 задержку, равную t С момента перевода триггера

20 в разрешающее состояние, вентильный элемент 15 ФПО 8 пропускает тактовые импульсы генератора на п-разрядный счетчик 16, Как только текущее число в счетчике 16 станет равным числу, определяемому управляющим словом, на выходе мультиплексора 17 появится положительный перепад, из которого формирователь 18 импульсов сформирует положительный импульс. Последний через первый вход элемента ИЛИ 19 и вход управления АЦП 4 заставит АЦП 4 произвести второй отсчет величины сигнала у . После второго отсчета по 2 сигналу от БУВ 5 триггер 20 и счетчик 16 переходят в исходное состояние, и ФПО 8 готов произвести вновь парный отсчет. Изменяя управляющее слово, записанное в регистре управления, можно менять промежуток времени

dt между парными отсчетами у и у

1 2 согласно выражению (7).

Предлагаемый измеритель по сравнению с известным имеет в 5 — 10 раз более высокую точность и на 2 — 3 порядка более высокое быстродействие.

Повышение точности обусловлено устранением из тракта преобразования сигнала такого нестабильного элемента, как детектор. Повышение быстродеиствия достигнуто применением АЦП переменного тока, который при типовых промежуточных частотах в десятки килогерц позволяет получать время измерейия порядка 1 мс и менее, в то время как в известном устройстве это время равно 1 с.

Формула изобретения

1. Измеритель уровня синусоидального сигнала в присутствии шума, содержащий последовательно соединенные широкополосный усилитель, блок час1566296

10 тотного преобразования, усилитель

Промежуточной частоты и последовательно соединенные блок управления и вычисления и блок индикации, причем управляющие входы всех блоков соединены с соответствующими управляющими выходами блока управления и вычисления, отличающийся

Тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него введены аналого-цифровой преобразователь и последовательно соединенные определитель текущего начала сигнала и формирователь парных отсчетов, причем выход усилителя промежуточной частоТы соединен с входом определителя текущего начала сигнала и через аналого-цифровой преобразователь — с входом блока управления и вычисления, выход формирователя парных отсчетов соединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, управляющие входы определителя текущего начала сигнала и формирователя парных отсчетов соединены с соответствующими управляющими выходами блока управления и вычисления.

2. Измеритель по п.1, о т л й— ч а ю шийся тем, что определитель текущего начала сигнала содер15

30 жит последовательно соединенные усилитель-ограничитель, дифференциатор, вентильный элемент и формирователь импульсов, а также триггер, причем вход определителя текущего начала сигнала соединен с входом усилителяограничителя, выход — с выходом формирователя импульсов, а управляющий вход — через триггер с управляющим входом вентильного элемента.

Э. Измеритель по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что формирователь парных отсчетов содержит .последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, вентильный элемент, счетчик, мультиплексор, формирователь импульсов и элемент ИЛИ, а также триггер, регистр управления и элемент задержки, причем вход формирователя парных отсчетов соединен через триггер с управляющим входом вентильного элемента и через элемент задержки †. с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с выходом формирователя парных отсчетов, управляющий вход которого соединен с входами установки триггера и счетчика и через регистр управления — с управляющим входом мультиплексора.

1566296

Составитель В.Быков

Редактор С.Патрушева Техред М.Дидык Корректор Т.Палий

Тираж 552

Заказ 1219

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101